Давайте сыграем в игру.
Представьте, что вы в Лас Вегасе,
в казино,
и вы решили сыграть в игру на компьютере,
например, в пасьянс или шахматы.
Так же, как и человек, компьютер делает ходы.
Это игра «орёл или решка».
Первый ход у того игрока, у кого выпал «орёл»,
в данном случае — у компьютера.
Он может может как подбросить монету, так и не подбрасывать,
но вы не можете увидеть результат.
Далее ваша очередь.
Вы также можете выбрать, подбрасывать монету или нет:
компьютер не увидит вашего хода.
В конце снова ход компьютера,
и после этих трёх раундов
монета открывается.
Если выпал орёл — побеждает компьютер,
если решка — вы.
Игра довольно простая.
Если все играют по-честному и монета ровная,
ваш шанс на победу — 50 на 50.
Чтобы это доказать,
я попросила своих студентов сыграть в эту игру,
что они неоднократно проделали.
Как и ожидалось, они выигрывали в 50 процентов случаев
или около того.
Скучноватая игра, правда?
А что, если бы вы смогли сыграть в неё на квантовом компьютере?
Насколько я знаю, в казино Лас Вегаса
квантовых компьютеров нет.
Однако компания IBM создала действующий квантовый компьютер.
Вот он.
Что же он из себя представляет?
Квантовая физика занимается описанием
поведение атомов и элементарных частиц,
таких как электроны и протоны.
Квантовый компьютер работает,
контролируя эти частицы,
но совсем не так, как это происходит в обычных компьютерах.
Так, квантовый компьютер нельзя назвать более мощной версией
современных компьютеров,
так же как электрическую лампочку — более мощной свечой.
Вы не создадите электрическую лампочку путём совершенствования свечи.
При изготовлении лампочки применяют другую технологию,
основанную на более глубоком научном понимании.
По аналогии с этим, квантовый компьютер — устройство другого типа,
работа которого базируется на принципах квантовой физики.
И так же, как электрическая лампочка когда-то изменила мир,
квантовые компьютеры способны повлиять
на многое в нашей жизни:
обеспечение безопасности, сферу здравоохранения и даже интернет.
Поэтому компании по всему миру работают над их созданием.
Чтобы понять, почему это вызывает такой ажиотаж,
давайте сыграем в нашу игру на квантовом компьютере.
Я прямо отсюда могу подключиться к квантовому компьютеру IBM,
то есть могу поиграть в игру удалённо,
как и вы.
Вспомните письмо от TED, высланное вам ранее,
где мы справшивали, подбросили бы вы монету или нет,
играй вы в подобную игру.
В действительности мы просили сделать выбор между кругом и квадратом.
Вы этого не знали, но выбор круга означал «подбросить монету»,
а квадрата — «не подбрасывать».
Пришло 372 ответа.
Благодарю.
Это значит, что мы можем сыграть с квантовым компьютером 372 раза,
используя ваши варианты.
Игра не заняла много времени,
вот её результаты.
К сожалению, вы сыграли неважно.
(Смех)
Квантовый компьютер выиграл почти все игры,
а немногочисленные проигрыши связаны со сбоями в операционной системе.
(Смех)
Как же ему удалось добиться такой удивительной череды побед?
Похоже на волшебство или обман,
хотя это всего лишь квантовая физика в действии.
Вот как это работает.
Обычный компьютер принимает каждую сторону монеты за один бит,
то есть за ноль или единицу,
и его микросхема настроена на положение монеты в данный момент.
Квантовый компьютер работает совершенно по-другому.
Квантовый бит более динамичен, для него характерно недвоичное состояние.
Он может существовать в суперпозиции, или ситуации наложения нуля и единицы:
с некоторой вероятностью быть нулём, и некоторой вероятностью — единицей.
Другими словами, его состояние находится в некоем диапазоне.
Например, вероятность быть нулём может составить 70 процентов,
а единицей — 30 процентов.
Или 80 — 20 и 60 — 40.
Бесконечное количество вариантов.
Ключевая идея в том,
что мы вынуждены отказаться от точных значений нуля и единицы
и допустить некоторую неопределённость.
Так, во время игры
квантовый компьютер создаёт динамичную комбинацию орла и решки,
нуля и единицы,
поэтому независимо от того, бросает игрок монету
или нет,
суперпозиция остается неизменной.
Можно провести аналогию с перемешиванием двух жидкостей:
будете вы их помешивать или нет, они всё равно перемешаются,
но квантовый компьютер
может разделить ноль и единицу в самый последний момент,
с лёгкостью открывая орла, так что вы каждый раз проигрываете.
(Смех)
Если вы думаете, что это немного странно, вы абсолютно правы.
Обычные монеты не состоят из комбинаций орла и решки.
Мы не сталкиваемся с нестабильной квантовой реальностью
в повседневной жизни.
И не волнуйтесь, если понятие о кванте сбивает вас с толку,
со временем привыкните.
(Смех)
Но даже если мы не сталкиваемся со странностями квантовых явлений,
мы способны увидеть их в действии.
Вы сами видели результат игры.
Квантовый компьютер выиграл,
потому что использовал суперпозицию и неопределенность —
свойства, обладающие широчайшими возможностями
и применимые не только для побед в игре с монетами:
на их основе возможно создание квантовых технологий будущего.
Приведу три примера, которые показывают, каким образом может изменить жизнь
пременение указанных свойств.
Во-первых, квантовую неопределённость можно
использовать для создания персональных ключей
для шифрования сообщений, отправляемых из одного места в другое.
Потому что благодаря этой неопределённости хакеры не смогут тайно
и точно скопировать этот ключ:
чтобы его взломать, им придётся нарушить
законы квантовой физики.
Данный вид шифрования уже давно тестируют банки
и другие организации по всему миру.
Сегодня в мире более 17 миллиардов соединённых друг с другом устройств.
Только представьте, какое влияние может оказать квантовое шифрование в будущем.
Во-вторых, квантовые технологии способны изменить здравоохранение и медицину.
Например, возьмём трудности лекарственной промышленности
с определением структуры молекул и их анализом:
точное описание и вычисление
всех квантовых свойств каждого атома в молекуле —
сложная вычислительная задача, даже для нынешних суперкомпьютеров.
Но квантовый компьютер работает лучше,
потому что оперирует теми же квантовыми свойствами, что и молекула,
которую он пытается смоделировать.
Возможно, применение квантового моделирования для разработки лекарств
поможет в борьбе с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера,
поражающего тысячи людей.
И, в-третьих, моё самое любимое применение квантовой физики —
телепортация информации из одного места в другое
без физической передачи данных.
Звучит как научная фантастика, но это возможно
благодаря подвижным состояниям квантовых частиц,
которые способны перемещаться сквозь время и пространство,
так что когда вы изменяете одну частицу,
это влияет на другую,
что в итоге создаёт канал для телепортации.
Это уже демонстрируется в исследовательских лабораториях
и может стать частью квантового интернета в будущем.
Пока у нас нет подобной сети,
но моя команда работает над этим:
мы моделируем квантовую сеть на квантовом компьютере.
Мы спроектировали и внедрили несколько интересных новых протоколов,
таких как телепортация между разными пользователями сети,
эффективная передача данных
и даже безопасное голосование.
Мне доставляет море удовольствия быть квантовым физиком.
Настоятельно рекомендую.
(Смех)
Мы исследователи квантовой страны чудес.
Кто знает, какое применение квантовой физики мы ещё найдём.
К построению квантового будущего следует подходить
со всей осторожностью и ответственностью.
А что касается лично меня,
я не считаю квантовую физику лишь инструментом для создания компьютеров.
Для меня квантовый компьютер — это способ познания тайн природы
и мира за пределами наших познаний и опыта.
Как здорово, что мы, люди,
не смотря на недосягаемость Вселенной,
всё равно способны раздвинуть горизонты
благодаря воображению и изобретательности.
И Вселенная отблагодарит нас тем,
что покажет, насколько она интересна и удивительна.
Будущее абсолютно непредсказуемо,
и это просто порясающе.
Спасибо.
(Аплодисменты)